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  1、第一章机电设施的进展与分类第一节机电设施的进展机电设备大范围的使用在国民经济各行业.机电设施的技术水平,在肯定程度上反映了国家工业生产的水平和力量。所以,承受先进的机电设施,管好、用好机电设施，对提升公司效益,促进国民经济的进展都起着格外重要的作用。一、机电设施的进展过程机电设施是随着科学技术的进展而不断进展的。传统的机电设施是以机械技术和电气技术应用为主的设备。例如，一般机床，其运动的传递、运动速度的变换主要是由机械机构来实现的，而运动的掌握则是由开关、接触器、继电器等电器构成的电气系统来实现的,这里的“机“、“电”分别构成各自独立的系统,两者的“融合性”很差,这是传统机电设施的共同特点虽然，传统

  2、的机电设备也能实现自动化,但是自动化程度低，功能有限，耗材多，能耗大,设备的工作效率低，性能水平不高。为了更好的提高机电设施的自动化程度和性能，从20 世纪6年月开头,人们自觉或不自觉地将机械技术与电子技术结合，以改善机械产品的性能，结果消灭了很多性能优良的机电产品或设备。到了 世纪70、80年月,微电子技术获得了惊人的进展,各种功能的大规模集成电路不断涌现,导致计算机与信息技术普遍的使用。这时人们自觉、主动地利用微电子技术的成果，开发的机电产品或设备，使得机电产品或设备的进展发生了脱胎换骨的变化,机电产品或设备不再是简洁的“机”和“电“相加,而是成为集机械技术、掌握技术、计算机与信息技术等为一体的全

  3、技术产品。到了20 世纪90 年月,这种机电一体化技术迅猛进展, 时至今日,机电一体化产品或设备已经透渗到国民经济与社会生活的所有的领域。二、现代机电设施的特点现代机电设施,如电动缝纫机、电子调速器、自动取款机、自动售票机、自动售货机、自动分检机、自动导航装置、数字控制机床、自动生产线、工业机器人、智能机器人等都是应用机电一体化技术为主的设备.与传统机电设施相比,现代机 电设备具有以下特点:1、体积小，重量轻机电一体化技术使原有的机械构造大大简化,如电动缝纫机的针脚把戏主要 是由一块单片集成电路来掌握的,而老式缝纫机的针脚把戏是由35 个零件构成的机械装置掌握的.机械构造的简化，使设备的构造减小,重

  4、量减轻，用材削减。2、 工作精度高机电一体化技术使机械的传动部件削减,因而使机械磨损所引起的传动误差大大削减。同时还可以通过自动掌握技术进展自行诊断、校正、补偿由各种干扰所造成的误差，从而使得机电设施的工作精度有很大的提高.、 牢靠性、灵敏性提高由于承受电子元器件装置代替了机械运动构件和零部件,因而避开了机械接触式存在的润滑、磨损、断裂等问题,使牢靠性和灵敏性大幅度提高。4、具有柔性例如在数控机床上,加工不同零件时，只需重编制程序就能实现对零件的加工,它不同于传统的机床，不需要更换工、夹具,不需要重调整机床就能快速地从加工一种零件转变为加工另一种零件.所以,适应多品种、小批量的加工要求。由于现

  5、代机电设备具备了上述特点，所以具有节能、高质、低本钱的共性,而机电一体化技术也是世界各国竞相进展的技术。三、机电设施的进展趋势机电设备的进展趋势也就是机电一体化技术的进展趋势,典型的机电一体化产品-数字控制机床的进展方向，便具有代表性。1、 机电设施的高性能化趋势高性能化一般包括高速度、高精度、高效率和高牢靠性。为了满足“四高” 的要求，一代数控系统承受了 位多PU构造，在伺服系统方面使用了超高速数字信号处理器，以到达对电动机的高速、高精度掌握;为了提高加工精度,承受高区分率、高响应的检测传感器和各种误差补偿技术；在提高牢靠性方面,型数控系统大量使用大规模和超大规模集成电路，从而削减了元器件数量和它

  6、们之间连线的焊点,以降低系统的故障率,提高牢靠性。2、 机电设施的智能化趋势人工智能在机电设备中的应用越来越多,例如自动编程智能化系统在数字控制机床上的应用。原来必需由编程员设定的零件加工部位、加工工序、使用刀具、切削条件、刀具使用挨次等,现在可以由自动编程智能化系统自动地设定,操作者只需输入工件素材的外形和加工外形的数据，加工程序就可自动生成。这样不仅缩短了数控加工的编程周期,而且简化了操作。目前,除了在数控编程和故障诊断智能化外,还消灭了智能制造系统掌握器， 这种掌握器可以模拟专家的智能制造活动，对制造中的问题进展分析、推断、推理、构思和决策。因此，随着科学技术的进步，各种人工智能技术将普遍应

  7、用于机电设施之中。3、机电设备的系统化进展趋势由于机电一体化技术在机电设施中的应用，机电设施的构成已不是简洁的“机“和“电”,而是由机械技术、微电子技术、自动掌握技术、信息技术、传感技术、软件技术构成的一个综合系统，各技术之间相互融合,彼此取长补短,其融合程度越高,系统就越优化。所以机电设施的系统化进展,可以获得最正确性能.4、 机电设施的轻量化进展趋势随着机电一体化技术在机电设施中的广泛应用,机电设施正在向轻量化方向进展，这是由于,构成机电设施的机械主体除了使用钢铁材料之外,还广泛使用复合材料和非金属材料.加上电子装置的组装技术的进步，设备的总体尺寸也越来越小。其次节机电设施的分类机电设施门

  8、类、品种、规格繁多，涉及面广，其分类方法多种多样,没有统一的国家标准。为了便于了解，本节只对典型、常用的机电设施作介绍一、机电设施分类方法与类型广义的机电设施分类通常有以下两种：1、 按设备与能源关系分类这种分类适应科学争论需要，通常分为：电工设备又可分为电能发生设备、电能输送设备和电能应用设备。 (2)机械设备又可分为机械能发生设备、机械能转换设备和机械能工作设备。2、 按部门需要分类第三节现代机电设施的根本构成机电设施门类多,工作原理各不一样，构造差异性大，但根本构成可以分为: 机械系统、液压与气压传动系统、电控系统和动力源.一、机械系统机械系统主要包括：机体、传动机构和润滑、密封装置.1

  9、、机体机体是指机器或机电设施的驱体,如机壳、机架、机床的床身、立柱、变速 箱体等.其功能是用于固定各种传动装置、驱动装置、掌握装置以及执行机构等。现代机电设施对机体的要求很高,如重量轻、体积小、刚度大、精度高、外观美、操作便利,因此,机体构造的合理性和材料的使用直接影响机电设施的性能。 、传动机构传动机构的作用是把动力源的动力和运动传递给工作机械执行机构)，以完成预定的工作。在传递过程中有时需完成变速、变向和转变转矩的任务.常用的机械传动机构有:带传动机构、链传动机构、齿轮传动机构以及滚珠丝杆传动机构等.常用的变速机构主要是分级变速机构。、润滑系统机械系统中作相对运动的零部件,在工作时会产生摩

  10、擦.为了削减摩擦阻力，降低 磨损程度，掌握机械系统的温升，提高机械效率和使用寿命，必需对机械的摩擦部位进展润滑。滑动轴承常用的润滑方式有间歇润滑和连续润滑两种。（1） 、 间歇润滑低速轻载的滑动轴承常承受间隙润滑，使用的装置有压注油杯和旋盖式油杯. 压注油杯如图12-a 所示,使用时用油壶把油注入油孔，使润滑油进入润滑部位.旋盖式油杯如图1-8 所示,润滑脂装满在油杯中,定期地把盖旋紧，润滑脂被挤入轴承。()、 连续润滑承受速度较高、载荷大的滑动轴承,常承受连续润滑,润滑装置和方式有以下几种。1） 针阀油杯如图-9 所示,这种油杯用于滴油润滑。滴油量由针阀掌握, 当需要加油时,将手柄直立，针阀

  11、被提起，油孔翻开,油滴入润滑点上,不需加油时,将手柄放倒，针阀堵住油孔,供油停顿。调整螺母可调整供油量大小2） 油环润滑如图1-1，所示,这种润滑是在轴颈上套上油环,油环又浸入到油池中。当轴回转时带动油环旋转,把油引入轴承进展润滑。此方式只适合水平轴.3) 飞溅润滑如图121 所示,这种方式是将转动零件,如齿轮、甩油盘等浸入油池适当深度，旋转时将油飞溅到箱盖上后，油在通过油沟流入轴承。齿轮箱中的轴承润滑常用这种方法。4) 压力润滑用肯定压力将润滑油输送到轴承处。此方法适用于高速、重载要求连续供油的轴承，但润滑装置简单，本钱较高。二、电气掌握系统1、电动机一)电动机的分类通常将电动机按使用电源分

  12、为三大类：沟通电动机(异步电动机、同步电动机、直流电动机和交、直两用电动机。据统计，目前国内9%左右的电力拖动机械承受沟通电动机，在电网总负荷中，沟通电动机中的异步电动机用电量占60%以上。因此本书重点表达沟通异步电动机。沟通异步电动机又有单相、三相之分。单相异步电动机一般为K 以下的小功率电动机,最重要的包含电阻分相式、电容分相式、电容运转式、电容起动运转式和罩极式；三相异步电动机按转子型式，分为笼型转子和绕线转子两大类, 笼型转子构造简洁，应用最广泛。(二)三相异步电动机的构造三相异步电动机主要由定子和转子两个根本局部组成 ,转子分为笼型转子和绕线、定子图封闭式三相笼型异步

  13、电动机构造图1- 轴承;前端盖；3转轴;4接线风扇三相异步电动机的定子局部,包括机座、定子铁心和定子绕组.机座用铸铁或铸钢制成,它支承着定子铁心。定子铁心由相互绝缘的硅钢片叠制而成。铁心的内圆有槽孔，定子绕组嵌在槽内。(a) 定子铁心 定子冲片图 定子铁心及冲片示意图定子绕组是电动机的电路局部,通入三相沟通电，产生旋转磁场。由三个在空间互隔电角度、对称排列的构造完全一样绕组连接而成,这些绕组的各个线圈按肯定规律分别嵌放在定子各槽内以U1，V,W1 分别代表三个绕组的首端，以2,V2，W2 分别代表三个绕组的末端。定子绕组必需

  14、作星形或三角形联结,如下图。2、转子星形联结三角形联结转子有转子铁心、转子绕组和转轴等局部组成。转子铁心 作为电机磁路的一局部以及在转子铁心的每一个槽中插入一根铜条，在铜条两端各用一个铜环 (称为端环把导条连接起来,称为铜排转子,如下图。)铜排转子b铸铝转子图 笼形转子绕组定子的作用是产生旋转磁场，转子的作用是产生电磁转矩.(三)、三相异步电动机的工作原理1、三相沟通电机的旋转磁场三相异步电动机转子为何会旋转、实现能量转换,是由于转子气隙内有一个旋转磁场。下面来争论旋转磁场的产生。如下图,U12， V12， W1为三相定子绕组，在空间彼此相隔 120, 接成 Y 形。三相绕组的首端1, 1，

  15、 W1 接在三相对称电源上，有三相对称电流通过三相绕组。设电源的相序为 U, V, W， 的初相角为零,如图波形图所示。i= sinw tUVi= sin(w t - 120)i= sin(w t + 120)Wv为分析便利,假设电流为正值时,在绕组中从始端流向末端，电流为负值时， 在绕组中从末端流向首端.当wt=0的瞬间,i=0,i为负值 i,w为 正值,依据“右手螺旋定则“,三相电流所产生的磁场叠加的结果,便形成一个合成磁场,如图(所示，可见此时的合成磁场是一对磁极即二极),上边()是极,下边(x) 是极。空间 10 度 对称分布的三相绕组通过三相对称的沟通电流时,产生的合成磁场为极对数

  16、 p=1 的空间旋转磁场，每电源周期旋转一周，即两个极距；某相绕组中电流到达最大值时,磁极轴线恰好旋转到该相绕组轴线上。i iuiviwiu2p4p0332pwt三相电流波形W1VV22UUU112WV2W1W1U2U2U1V1W2V12wt = 2pW2V1Iv=Im4pwt = 0Iu=Im3三相沟通电的旋转磁场wt = 3Iw=Im当 w 9 时，即经过 1/ 周期后 ,i由零变成正的最大值，,i 仍为负值 iVW已变成负值,如图 44 所示，这时合成磁场的方位与 wt=时相比，已按逆时针方向转过了0。应用同样的方法,能得出如下结论:当 wt=9 时，合成磁场就转过了180,当 w30

  17、 时合成磁场旋转了 360，即转周.由此可见，对称三相电流 i 、i 、i 分别通入对称三相绕组 UU2， V1V2， W1W2 中所形成u、 、 VW的合成磁场,是一个随时间变化的旋转磁场,如下图。以上分析的是电动机产生一对磁极时的状况,当定子绕组连接形成的是两对磁极时,运用一样的办法能够分析出此时电流变化一个周期，磁场只转动了半圈， 即转速减慢了一半。由此类推,当旋转磁场具有 p 对极时即磁极数为 2p),沟通电每变化一个周期，其旋转磁场就在空间转动 1p 转。因此，三相电动机定子旋转磁场每分钟的转速 n1、定子电流频率 f 及磁极对数 p 之间的关系是60 f1npn1 是旋转磁场转速，

  18、也叫同步转速,r/minf 是三相沟通电源的频率,Hz;p 是旋转磁场的磁极对数。、旋转磁场对转子的作用(1) 三相沟通电通入定子绕组后，便形成了一个旋转磁场，其转速1=0f p 。旋转磁场的磁力线被转子导体切割,依据电磁感应原理，转子导体产生感应电动势。转子绕组是闭合的,则转子导体有电流流过。设旋转磁场按顺时针方向旋转,且某时刻为上为北极 N 而下为南极,如下图。依据右手定则，在上半部转子导体的电动势和电流方向由里向外,用表示;在下半部则由外向里， 用表示。图为三相异步电动机转动原理示意图。)原理：三相异步电动机转动原理示意图定子旋转磁场以速度 n切割转子导体感生电动势发电机右手定则,在转子

  19、导体中形成电流,使导体受电磁力作用形成电磁转矩，推动转子以转速 n 顺n0 旋转(电动机左手定则，并从轴上输出肯定大小的机械功率。n 不能等于 n 电动机内必需有一个以旋转的磁场。实现能量转换的前提；电动运行时恒不等于 n0异步)-必要条件 nn0，建立转矩的电流由感应产生。感应名称的来源。流过电流的转子导体在磁场中要受到电磁力作用,力的方向可用左手定则确定,如图 5所示。电磁力作用于转子导体上，对转轴形成电磁转矩, 使转子依据旋转磁场的方向旋转起来，转速为 n.三相电动机的转子转速 n 始终不会加速到旋转磁场的转速0。由于只有这样,转绕组与旋转磁场之间才会有相对运动而切割磁力线、中才能产生感应电动势和电流，由此产生电磁转矩,使转子依据旋转磁场的方向连续旋转。由此可见n n0,且 n n 是异步电动机工作的必要条件,“异步”的名称也由此而来。 旋转磁场转速 n0 与转子转速 n 之差与同步转速 n之比称为异步电动机的转差率 s，即s n0 -n)/ n0。(四)、单相异步电动机的构造和工作特点单相异步电动机的构造与三相异步电动机的构造相像，它的转子一般也为笼型构造,学问定子铁心槽内嵌装的是单相绕组。如下图为单相异步电动机外形图。三相异步电动机由于定子的三相绕组中通入三相沟通电，产生旋转磁场而使转子转动,那么单相电动机的磁场又是怎么样的呢?单相沟通电通入单相绕组,电动机内

  21、产生的是一个脉动磁场,如下图。当电流为正半周时,电流从单相绕组的左半侧流入，右半侧流出,电动机内磁场方向垂直向下,如图;反之，磁场方向垂直向上。磁场的大小及方向随时间在变化,但磁场的轴线却固定不变,即是一脉动磁场.单相电动机在脉动磁场的作用下不能自行启动。(a)电流波形(正半周磁场(c)负半周磁场图 单相异步电动机工作原理例：电容分相单相异步电动机电容分相单相异步电动机的定子铁心上安装两套绕组，如下图。 1-U 为工作绕组，Z1-Z2 为启动绕组两个绕组在空间布置互差 90 度，形成两相绕组.在启动绕组中串入电容器 C 后再与工作绕组并联接在单相沟通电源上。借电容器将“单相”沟通电分裂为相位接

  22、近0 度的“两相“沟通电，从而使电动机产生旋转磁场图 工作原理图启动绕组断电后,由工作绕组产生的交变脉动磁场,连续维持电动机保持方向不变的连续转动。方向的转变:把两相绕组中任一相绕组的头和尾进展对调，即可转变磁场的旋转方向,从而使电动机的旋向也发生转变。特种电机简介1、伺服电机伺服电动机又称执行电动机，在自动掌握系统中,用作执行元件，把所收到的电信号转换成电动机轴上的角位移或角速度输出。1)、根本构造沟通伺服电动机的构造主要可分为两局部,即定子局部和转子局部。其中定子的构造与旋转变压器的定子根本一样，在定子铁心中也安放着空间互成 90 度电角度的两相绕组。其中一组为激磁绕组,另一组为掌握绕组,

  23、沟通伺服电动机一种两相的沟通电动机。其转子的构造有笼型和空心杯式两种。空心杯型转子的构造如下图。图-3空心杯转子伺服电机构造2、工作原理如下图.沟通伺服电动机使用时,激磁绕组两端施加恒定的激磁电压 Uf,控制绕组两端施加掌握电压 Uk。当定子绕组加上电压后,伺服电动机很快就会转动起来.通入励磁绕组及掌握绕组的电流在电机内产生一个旋转磁场,旋转磁场的转向打算了电机的转向,当任意一个绕组上所加的电压反相时，旋转磁场的方向就发生转变,电机的方向也发生转变2、步进电机步进电机是将电脉冲信号转变为角位移或线位移的开环掌握元件。停顿的位置只取决于脉冲信号的频率和脉冲数，而不受负载变化的影响 ,即给电机加一

  24、个脉冲信号,电机则转过一个步距角。1)、根本构造如下图反响式步进电机的构造图,其定子、转子铁心均用硅钢片叠压而成。定子为凸极式构造,在它上面安装有 6 个均匀分布的磁极，分别装有三相励磁绕组，每两个相对的极为一相绕组.转子上有 4 个齿,齿宽与定子的磁极宽度相等, 转子上无绕组。步进电机工作原理(三相单三拍)、工作原理如下图，步进电机的工作原理其实就是电磁铁的作用原理。当U 相绕组通以直流电流时，依据电磁学原理，便会在UU 方向上产生一磁场，在磁场电磁力的作用下，吸引转子，使转子的齿与定子UU 磁极上的齿对齐。假设U 相断电,V 相通电，这时的磁场其电磁力又吸引转子的两极与V磁极齿对齐,转子沿

  25、顺时针转过30通常，步进电机绕组的通断电状态每转变一次,其转子转过的角度称为步距角。因此,图 5-a)所示步进电机的步距角等于0。假设掌握线路不停地按 UVWU的挨次掌握步进电机绕组的通断电,步进电机的转子便不停地顺时针转动.假设通电挨次改为UC，同理，步进电机的转子将逆时针不停地转动。上面所述的这种通电方式称为三相三拍。还有一种三相六拍的通电方式,它的通电挨次是:顺时针为 UV V VW W WU U ;逆时针为 U- UW W V VU 。此时，电动机的步距角为15.步距角可按下式计算:为转子的齿数;m 为运行的拍数步进电机的转速为：为脉冲频率.五)铭牌和技术数据1. 型号国产中小型三相电

  26、动机型号的系列为 Y 系列,是按国际电工委员会 IC 标准设计生产的三相异步电动机，它是以电机中心高度为依据编制型号谱的,如 2026 。2. 额定功率额定功率是指在满载运行时三相电动机轴上所输出的额定机械功率,用表示，以千瓦(kW)或瓦()为单位。3. 标称电压标称电压是指接到电动机绕组上的线电压，用 UN 表示.三相电动机要求所接的电源电压值的变动一般不应超过额定电压的5。电压过高, 电动机简洁烧毁；电压过低,电动机难以启动,即使启动后电动机也可能带不动负载,简洁烧坏。4. 额定电流 额定电流是指三相电动机在额定电源电压下，输出额定功率时， 流入定子绕组的线电流,用N 表示，以安A)为单位。假设超过额定电流过载运行,三相电动机就会过热乃至烧毁。P=3UINNNcosj hNN三相异步电动机的额定功率与其他额定数据之间有如下关系式式中O-额定功率因数.额定频率额定频率是指电动机所接的沟通电源每秒钟内周期变化的次数,用 f表示。我国规定标准电源频率为0H。6. 额定转速额定转速表示三相电动机在额定工作状况下运行时每分钟的转速，用 nN 表示,一般是略小于对应的同步转速 n0。如01 5r/min，则 n =1 44min。7. 绝缘等级绝缘等级是指三相电动机所承受的在允许电压下不导电的材料的耐热力量，它说明三相电动机允许的最高工作时候的温度.三相电动机的绝缘等级和最高允许温度。

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